单片机系统课程设计成绩评定表设计课题：基于89C51的电机转速计设计学院名称：电气工程学院专业班级：电气F1302学生姓名：赵爱钦学号：201314020323指导教师：臧海河设计地点：31-504设计时间：2015-12-21～2016-01-03单片机系统课程设计课程设计名称：基于89C51的电机转速计设计专业班级：电气F1302学生姓名：赵爱钦学号：20131402323指导教师：臧海河课程设计地点：31-630课程设计时间：2015-12-21～2016-01-03单片机系统课程设计任务书目录1 概述........................................................................................................... . (4)1.1 研究背景 (4)1.2 基本功能概述 (5)2 方案设计.................................................................................................. .. (5)2.1 霍尔传感器测量方案 (5)2.2 光电传感器测量方案............................................................................... .. (6)3 硬件电路设计............................................................................................ . (7)3.1 单片机及其外围电路设计................................................................. (7)3.2 时钟电路设计...................................................................................... (11)3.3 复位电路设计....................................................................................... .. (12)3.4 显示电路设计..................................................................................... . (14)3.5 键盘电路设计 (15)3.6 电机控制与驱动电路设计 (16)4 系统软件设计............................................................................................ . (17)4.1 主程序设计.................................................................................. (18)4.2 中断服务程序设计........................................................................... . (20)4.3 子程序设计................................................................................ .. (22)4.3.1 显示子程序设计 (22)4.3.2 键处理子程序设计 (24)5 总结...................................................................................................... .. (26)附录A 系统原理图 (27)附录B 部分源程序 (28)一概述1.1 转速测量系统的发展背景随着微型计算机可靠性提高和价格的下降，用单片机测量电机转速已经日趋普遍。

我们知道，欲提高测量精度，必须先测出准确的转速，而原先在可控硅调速电路中采用的测速发电机方式已不能满足要求，必须采用数字测速的方法。

目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。

计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。

传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号．其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点．加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD 器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。

而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。

测速装置在控制系统中占有非常重要的低位，对测速装置的要求是分辨能力强、高精度和尽可能短的检测时间。

在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合, 例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中,常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。

要测速，首先要解决是采样问题。

在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。

为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。

因此转速的测试具有重要的意义。

这次设计内容包含知识全面，对传感器测量发电机转速的不同的方法及原理设计有较多介绍，在测量系统中能学到关于测量转速的传感器采样问题，单片机部分的内容，显示部分等各个模块的通信和联调。

1.2基本功能概述这次的设计系统要完成以下的功能：1.设计并制作单片机的转速测量的硬件系统；2.用汇编语言完成转速测量的软件系统；3.要求把转速显示在5位LED上；根据系统要实现的功能以及要求，要实现单片机的转速测量主要是各个模块的设计，定时器记数定时功能、以及LED驱动之间的通信。

单片机可通过编程控制外围部件，能实现较高的自动化程度。

以它为系统核心的控制模块可实现主从控制，完成预定的任务。

二方案设计转速测量的方案选择,一般要考虑传感器的结构、安装以及测速范围与环境条件等方面的适用性;再就是二次仪表的要求,除了显示以外还有控制、通讯和远传方面的要求。

下面是两个方案的设计与论证。

2.1 霍尔传感器测量方案霍尔转速传感器的主要工作原理是霍尔效应，也就是当转动的金属部件通过霍尔传感器的磁场时会引起电势的变化，通过对电势的测量就可以得到被测量对象的转速值。

霍尔转速传感器的主要组成部分是传感头和齿圈，而传感头又是由霍尔元件、永磁体和电子电路组成的。

霍尔转速传感器在测量机械设备的转速时，被测量机械的金属齿轮、齿条等运动部件会经过传感器的前端，引起磁场的相应变化，当运动部件穿过霍尔元件产生磁力线较为分散的区域时，磁场相对较弱，而穿过产生磁力线较为几种的区域时，磁场就相对较强。

霍尔转速传感器就是通过磁力线密度的变化，在磁力线穿过传感器上的感应元件时，产生霍尔电势。

霍尔转速传感器的霍尔元件在产生霍尔电势后，会将其转换为交变电信号，最后传感器的内置电路会将信号调整和放大，输出矩形脉冲信号。

霍尔传感器的方框图如图2.1所示图2.1霍尔传感器框图缺点：采用霍尔传感器在信号采样的时候，会出现采样不精确，因为它是靠磁性感应才采集脉冲的，使用时间长了会出现磁性变小，影响脉冲的采样精度。

2.2 光电传感器测量方案光电转速传感器是根据光敏二极管工作原理制造的一种感应接收光强度变化的电子器件，当它发出的光被目标反射或阻断时，则接收器感应出相应的电信号。

一般的转速长期测量系统是预先在轴上安装一个有60 齿的测速齿盘，当测速齿槽旋转一周，光敏元件就能感受与开孔数相等次数的光次数，即每转一周产生60个电脉冲信号。

临时性转速测量系统，多采用光电传感器，从转轴上预先粘贴的一个标志上获得一转一个转速脉冲，随后利用电子倍频器和测频方法实现转速测量。

不论长期或临时转速测量，都可以在微处理器的参与下，通过测量转轴上预留的一转一齿的鉴相信号或光电信号的周期，换算出转轴的频率或转速。

即通过速度传感器，将转速信号变为电脉冲，利用微机在单位时间内对脉冲进行计数，再经过软件计算获得转速数据。

即:n=N/(mT)◆n ———转速、单位:转/ 分钟;◆N ———采样时间内所计脉冲个数;◆T———采样时间、单位:分钟;◆m ———每旋转一周所产生的脉冲个数(通常指测速码盘的齿数) 。

通常m=60，那么1 秒钟内脉冲个数N就是转速n，即:n=N/ (mT) =N/60×1/60=N光电传感器的方框图如图2.2所示图2.2光电传感器方框图优点：这种方案使用光电转速传感器具有采样精确，采样速度快，范围广的特点。

综上所述，方案二使用光电传感器来作为本设计的最佳选择方案。

三硬件电路设计单片机是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）的简称，是指在一块芯片上集成了中央处理器CPU、随机存储器RAM、程序存储器ROM或EPROM、定时器/计数器、中断控制器以及串行和并行I/O接口等部件，构成一个完整的微型计算机。

目前，新型单片机内还有A/D及D/A转换器、高速输入/输出等部件。

由于它的结构和指令功能都是按工业控制要求设计的，特别适用于工业控制及其数据处理场合，因此，确切的称谓应是微控制器（Microcontroller）. 系统使用的单片机是AT89C51型单片机。

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存贮器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器， AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。